КАФЕДРА
торым в этом случае
можно пренебречь. Тог-
да ток заряда опреде-
ляется из закона Ома:
/з = £//?. Напряжение
на емкости при этом
отсутствует
ис = 0
(кон-
денсатор до замы ка-
ния ключа, естествен-
но, был не заряжен). В
процессе заряда кон-
денсатора ток в цепи
уменьшается, а напря-
жение на конденсаторе
возрастает и стремит-
ся к
ис = Е.
Это проил-
люстрировано на гра-
фиках
(рис. 3).
Анало-
гичным образом проис-
ходит разряд конденса-
тора в цепи на
рис. 4.
Здесь ток разряда в момент замыкания ключа скачком воз-
растает от нуля до величины /раз = £/£, а затем снова плав-
но падает до нуля. Напряжение на конденсаторе при этом
плавно падает от
ис = Е
до
ис = 0
(рис. 5.). При разряде
конденсатора вся энергия, запасенная в нем, переходит в
тепловую энергию, рассеиваемую на резисторе. Разряд и
соответственно расход энергии, также как и заряд, не про-
исходят мгновенно, а занимают определенное время. Это
правило называют законом коммутации, который приме-
нительно к цепям с емкостью обычно формулируют так:
напряжение на емкости мгновенно измениться не может.
Действительно, при разряде конденсатора на резистор, на-
пряжение на нем изменяется плавно: 1/с
= Е -Е Х Р (-^С ).
Здесь функция
ЕХР(х)
- показательная функция
е*
(число
Эйлера е=2,718), чаще называемая экспонентой; а вели-
чину £С обычно называют постоянной времени и обозна-
чают греческой буквой т (тау). Действительно, от этой ве-
личины зависит длительность разряда. Процессы заряда
и разряда конденсатора являются частными случаями пе-
реходных процессов.
Теперь перейдем к индуктивности. Катушка индуктив-
ности или дроссель также являются накопителями энер-
гии, только здесь, в отличие от конденсатора, энергия элек-
трического тока преобразуется в энергию магнитного поля.
Как известно из физики, вокруг проводника с током обра-
зуется магнитное поле, т.е. электрическое поле порожда-
ет магнитное. Если про-
водник свернуть в катушку,
то магнитное поле возрас-
тет. Это поле пропорцио-
нально количеству витков
в катушке.
Интенсивность магнит-
ного поля характеризуется
величиной магнитного по-
тока
Ф
и протекающим че-
рез катушку током /г Спо-
собность катуш ки (или
проводника с током) на-
капливать энергию магнит-
ного поля и характеризует
величина индуктивности
которая опять-таки мате-
матически строгим языком
является коэффициентом
пропорциональности меж-
ду магнитным потоком и протекающим
через катушку электрическим током, его
порождающим £. =
Ф/1С
Эта величина
зависит только от параметров катушки
и измеряется в генри (Гн).
Катушка индуктивностью в один
генри при протекании через нее тока в
один ампер создает магнитный поток
величиной в один веббер (единица из-
мерения магнитного потока). На прак-
тике индуктивность катушек обычно намного меньше ве-
личины 1 Гн и измеряется в мили-генри, микро-генри и
нано-генри. В цепях постоянного тока сопротивление ка-
тушки определяется резистивными потерями в образую-
щем ее проводнике и на ней не падает почти никакого
напряжения. При этом, запасенная в катушке энергия маг-
нитного поля может быть вычислена следующим обра-
зом: И^=
Ы ^/2 .
Индуктивность (в микрогенри) однослой-
ной катушки
(рис. 6)
можно рассчитать по следующей из-
вестной
ф ормуле:
ЦмкГн) = №г2/(9г+101),
где
N
- число витков, г
- радиус витка (карка-
са), / - длина намотки.
Для многослойных ка-
тушек существуют свои
расчетные формулы.
Часто с целью увеличе-
ния индуктивности в ка-
туш ки вводят специ-
альные сердечники из
магнито-электриков -
ф еррита, перм алоя,
альсифера и т.п.
Таким образом, ка-
тушка, как и конденса-
тор, является накопите-
лем энергии. В этом
случае на цепи с индук-
тивностями также дол-
жен распространяться закон коммутации, который на сей
раз будет звучать так: ток в катушке индуктивности мгно-
венно изменяться не может. Действительно, при замыка-
нии ключа в цепи на
рис. 7
напряжение на катушке изме-
нится скачком до величины £ (а затем будет плавно па-
дать до нуля), а ток будет медленно нарастать по тому же
закону экспоненты
(рис. 8.)
от нуля до величины
£//?.
Так, в цепи на
рис. 9
при замыкании ключа сначала заго-
рится лампочка, включенная в ветвь с резистором, а за-
тем, плавно увеличивая яркость, лампочка в индуктивной
цепи. Это явление
вызвано тем, что
аналогично тому
как электрическое
поле порождает
магнитное, так и
магнитное, в свою
очередь, порожда-
ет электрическое.
Это утверждение
справедливо толь-
ко для переменно-
го
магнитного
поля. Это нагляд-
но иллюстрирует
известны й опыт
(рис. 10),
когда
Рис. 6
7/2003
предыдущая страница 44 Радиолюбитель 2003-07 читать онлайн следующая страница 46 Радиолюбитель 2003-07 читать онлайн Домой Выключить/включить текст